Общая теория электросвязи. Передача и распространение электрических сигналов, помехи, искажения, качество сигналов

Систематически и подробно рассмотрено решение уравнений электродинамики в дифференциальной форме как решение волнового уравнения или уравнения Гельмгольца для векторных потенциалов в задачах возбуждения электромагнитных полей различными источниками в неограниченном однородном пространстве. Подробно разобраны параметры полей сферической, цилиндрической и плоской волн, поверхностной волны. Изложены основные теоремы и принципы электродинамики; основы теории открытых и закрытых направляющих систем и объёмных резонаторов; рассмотрены электромагнитно-волновые явления, возникающие при отражении плоской волны от плоской поверхности раздела сред, и явления рассеяния и дифракции электромагнитного поля, соответствующие прикладным задачам радиотехники. Особое внимание уделено физической интерпретации явлений электромагнетизма. Все разделы книги снабжены контрольными вопросами.

Рассмотрены вопросы метрологии и снижения уровня интермодуляционных искажений радиосигналов сверхвысокочастотного диапазона в усилителях их мощности, функционирующих с непостоянной огибающей с учетом эффекта памяти. Анализируются возможности достижения компромиссных решений между энергетической эффективностью, линейностью, расширением информационной полосы частот, требованиями электромагнитной совместимости и технико-экономическими показателями. Сопоставлены характеристики вакуумных и твердотельных активных элементов для бортового космического применения. Приведен обзор схем построения усилителей мощности с высокой линейностью и энергетической эффективностью, аналоговых, цифровых и алгоритмических технических решений по их линеаризации, включая адаптацию к изменению параметров окружающей среды. Рассмотрены причины появления, способы измерения и методы снижения пассивных интермодуляционных искажений сигналов в антенно-фидерных цепях и входных каскадах приемопередающих устройств, которые ранее считались линейными. Показаны пути и способы снижения их уровня до допустимого. Представлены результаты оригинальных исследований и научно-технических разработок.

В последние годы рядом международных исследовательских групп в области телекоммуникаций начаты работы по определению перспектив развития сетей фиксированной связи. По аналогии с сетями мобильной связи выделены также пять поколений в развитии фиксированных сетей, начиная от сетей первого поколения F1G, предоставлявших только услуги телефонной связи, до перспективных сетей пятого поколения F5G, обеспечивающих сверхвысокую пропускную способность, сверхмалую задержку и повсеместный оптический доступ. Полученные результаты уже позволяют видеть в целом направление развития сетей фиксированной связи на ближайшее десятилетие и в более отдаленной перспективе. И эта перспектива должна быть хорошо известна нынешним студентам, обучающимся по инфокоммуникационным специальностям. Материал учебного пособия основан на результатах исследовательских работ, выполненных Сектором стандартизации телекоммуникаций Международного союза электросвязи МСЭ-Т (ITU-Т) и Европейским институтом телекоммуникационных стандартов (ETSI).

Рассмотрена разработка программного обеспечения для современных многоразрядных микропроцессоров отечественного производства. Представлены практические работы по изучению архитектуры микропроцессора, применению его аппаратных модулей для решения различных задач, возникающих в приборостроении. Практические работы проводятся с использованием учебного микропроцессорного стенда.

Рассмотрены вопросы реализации базовых алгоритмов цифровой обработки сигналов на основе цифровых сигнальных процессоров отечественного производства. Представлены практические работы, позволяющие изучить преобразования сигналов с использованием аппаратных средств. Приведены типовые алгоритмы цифровой обработки сигналов и показана их реализация с учетом особенностей архитектуры микропроцессора.

Рассмотрены широко применяемые технические решения, обеспечивающие повышение помехозащищенности радиотехнических устройств и систем. Изложены основные принципы, лежащие в основе применения таких мер повышения помехозащищенности, как защита от перегрузок, различные виды селекции, многочастотная работа, псевдослучайное переключение рабочих частот и др. Большое внимание уделено описанию алгоритмов, лежащих в основе адаптивных линейных систем; рассмотрены основные качественные характеристики алгоритмов адаптации, дан сравнительный анализ их вычисли- тельной сложности; приведено большое количество примеров использования адаптивных устройств различного типа.

В учебном пособии рассмотрены теоретические вопросы, применительно к читаемой дисциплине «Теория сигналов». В частности, рассмотрены вопросы, дающие понятие сигналов применительно к телекоммуникационным системам, рассмотрены различные подходы к построению моделей сигналов, спектральный и корреляционный анализ сигналов, дано понятие аналитических сигналов. В конце каждого раздела приведены вопросы для контроля знаний студентов.

Рассмотрены методика спектральных преобразований в алгоритмах имитации случайных процессов, а также математический аппарат спектральных преобразований и пример его использования на конкретных системах базисных функций.

Рассмотрены основы теории обнаружения сигналов, включающие классический подход и метод адаптивного обнаружения с постоянным уровнем ложных тревог (ПУЛТ-обнаружители). Даны алгоритмы расчета показателей обнаружения целей и различные варианты построения оптимальных обнаружителей.

Представлены сведения о возможностях и ограничениях современных волоконно-оптических систем передачи по наращиванию скорости и дистанций при использовании DWDM, оптического усиления и современных форматов представления оптических сигналов. Рассмотрены принципы построения волоконно-оптических систем передачи нового поколения с применением пространственного мультиплексирования SDM в многосердцевинных MCF одномодовых и маломодовых FMF волоконных световодах, технологий многоуровневых форматов модуляции PDMmQAM, суперканалов O-OFDM с терабитными, петабитными скоростями и поддержкой flex grid superchannel, когерентными оптическими приёмниками. Приведены характеристики перспективной элементной базы для построения оптических систем и сетей и примеры реализации оптических систем передачи. Рассмотрены программные продукты для моделирования и дана методика расчётов суперканалов. Рассмотрены элементы технологии программно-конфигурируемых оптических транспортных сетей T-SDN.

Кратко изложены основы концепции сетей нового поколения – NGN. Рассмотрены принципы построения мультисервисных сетей связи на базе платформы IMS, разработка схемы организации связи фрагмента мультисервисной сети на существующей ГТС, расчёт интенсивности нагрузки и её распределение по направлениям связи, расчет транспортного ресурса мультисервисной сети связи и объема оборудования мультисервисных узлов доступа – MSAN. В приложении приведена краткая характеристика коммутационного оборудования типа SI3000. Пособие будет полезно для подготовки курсовых проектов и выпускных квалификационных работ (ВКР).

Рассмотрены основы теории идентификационных измерений, описаны принципы программирования в среде разработки LabVIEW, моделирования сигналов и создания средств идентификационных измерений.

Учебное пособие знакомит студентов с центральным понятием теории информации – информационной энтропией. В издании приведены основные определения, свойства и теоремы, связанные с этой величиной; рассмотрены существующие подходы к кодированию информации с точки зрения задачи сжатия данных.

Во второе издание (первое вышло в 2017 г.) внесен ряд дополнений и исправлений. В частности, дополнены и исправлены разделы и главы, в которых рассматриваются физические принципы преобразования различных технологических параметров в стандартные сигналы связи, технические структуры и области практического применения. Дополнительно представлена информация о способах метрологического обеспечения значительного числа типов современных средств формирования измерительных сигналов различного формата.

В книге рассмотрены базовые принципы и архитектура фиксированных сетей связи будущего, новые сетевые технологии, на базе которых они будут строиться, а также новые сетевые услуги и приложения, которые будут доступны в течение следующих десяти лет и в дальнейшей перспективе. Книга написана на основе рабочих материалов целевой группы МСЭ-Т FG NET 2030, которая в период 2018—2020 гг. провела исследование под названием Сеть 2030 (Network 2030) по определению перспектив развития фиксированных сетей связи к 2030 году и в дальнейшем.

В учебном пособии изложены теоретические основы прикладной теории информации. Особое внимание уделено методам и приемам решения практических задач, наиболее часто встречающихся в радиотехнике. В данное пособие включены разделы для самоконтроля в виде теоретических вопросов и практических заданий.

Изложены тенденции развития квантовых коммуникаций, вероятностные закономерности и основные понятия квантовой физики, раскрыты принципы квантовой криптографии, описаны направления развития и протоколы, типовые структуры и элементная база систем квантового распределения ключа и распределённых защищённых сетей на их основе. Освещены особенности функционирования систем квантового распределения ключа в условиях возможного несанкционированного доступа. Материал является основой для прослеживания технического уровня и тенденций развития систем квантового распределения ключа.

В учебном пособии рассмотрены вопросы анализа обнаружителей сигналов при проведении лабораторного практикума по курсу «Радиотехнические системы передачи информации». Предназначается для студентов специальностей 11.05.01 «Радиоэлектронные системы и комплексы», 11.05.02 «Специальные радиотехнические системы» и 11.05.04 «Инфокоммуникационные технологии и системы специальной связи» дневной и дистанционной форм обучения, а также специалистов, повышающих квалификацию в центрах переподготовки кадров.

Приведены необходимые пояснения и рекомендации для выполнения курсовой работы по дисциплине «Основы теории управления и цифровой обработки сигналов». В рамках курсовой работы предусмотрено создание программы, выполняющей функции фильтрации и модификации звукового сигнала.

Приведены пояснения и рекомендации для выполнения домашнего задания по дисциплине «Основы теории управления и цифровой обработки сигналов». В рамках выполнения курсовой работы предусмотрено создание в среде пакета MATLAB приложения, выполняющего функции фильтрации и модификации звукового сигнала.

Представлены ключевые положения теории детерминированных и случайных сигналов, основы теории случайных процессов. Особое внимание уделено разбору спектральных представлений сигналов, применяемых в радиоэлектронике и приборостроении.

Во второй части пособия рассмотрены модели различных радиотехнических (электрических) сигналов, методы проведения спектрального и корреляционного анализа, принципы дискретизации и классической модуляции; даны примеры расчета линейных и нелинейных радиотехнических цепей.

Рассмотрены основные понятия, методы и средства идентификационных измерений. Представлены новейшие информационные технологии и алгоритмы, предназначенные для анализа и синтеза сигналов и данных.

Изложены вопросы проектирования радиоприемных устройств и их отдельных блоков на основе полупроводниковых приборов. Представлены задачи по таким темам, как входные цепи, усилители радиочастоты, преобразователи и усилители промежуточной частоты, детекторы. Рассмотрены шумовые характеристики радиоприемных устройств, а также их помехоустойчивость.

Рассмотрены причины возникновения, механизмы формирования, а также основные характеристики и свойства основных видов радиопомех как естественного, так и искусственного происхождения.

Учебное пособие содержит описание восьми лабораторных работ по курсу «Общая теория связи». Каждое описание включает теоретический материал, предназначенный для самостоятельной подготовки студентов, подготовительное задание, лабораторное задание и контрольные вопросы для самопроверки и защиты работы.

Содержание учебного пособия составляет фундаментальное рассмотрение основных аспектов идентификационного анализа телекоммуникаций с последующими исследованиями возможностей практической реализации полученных решений. Основу изложения материала учебного пособия составляют авторские методы теории виртуализации: метод формирования виртуальных информационных образов, метод моделирования оценок виртуальных информационных образов, методы виртуализации информационных процессов, методы виртуализации идентификаторов.

Учебное пособие выпускается в обеспечение образовательной программы 11.04.02 «Инфокоммуникационные технологии и системы связи» (магистр) по дисциплине «Современные алгоритмы обработки сигналов в радиолокации и радиосвязи». Содержит основные сведения о математических основах, моделях сигналов и алгоритмах обработки в системах связи. Пособие может быть полезно специалистам соответствующих отраслей знаний.

В учебном пособии рассмотрены вопросы, связанные с сигналами систем передачи данных, спектральный и корреляционный анализы сигналов, приведены материалы к контрольным заданиям для выполнения студентами индивидуальных заданий, приведены примеры выполнения индивидуальных заданий, контрольные вопросы для проверки усвоения материала студентами.

Монография содержит результаты разработки программных средств, обеспечивающих высокоскоростную передачу данных в условиях канала с переотражениями для применения в телекоммуникационных системах радиодоступа. Представлены разработанные авторами алгоритмы кодирования и декодирования на основе сочетания MIMO (Multiply Input - Multiply Output) и OFDM (Orthogonal Frequency - Division Multiplexing).

Пособие посвящено проектированию системы квантового распределения ключа по протоколу B92 с интерферометрами Маха - Цендера. Система содержит оптический однофотонный передатчик на станции Алиса и оптический однофотонный приёмник на станции Боб. Оптические передатчик и приёмник соединены волоконно-оптической линией связи на основе одномодового оптического волокна Corning®SMF-28e®ULL. В проектируемой системе для формирования и приёма квантового импульса используется ослабленный лазерный импульс. Учебное пособие готовит студента к разработке нормативной, технической и отчётной документации, представлять результаты профессиональной деятельности с использованием стандартов, норм и правил. Проектирование системы квантового распределения ключа по протоколу B92 с интерферометрами Маха - Цендера требует от студента анализа и учёта текущего состояния и тенденций развития технических средств защиты информации, сетей и систем передачи информации при решении задач профессиональной деятельности.

В учебном пособии рассмотрены вопросы, связанные с формированием и преобразованием сигналов в нелинейных цепях систем передачи информации, приведены материалы для выполнения студентами индивидуальных заданий.

Пособие содержит теоретические сведения о принципах работы однофотонных приёмников на основе лавинных фотодиодов, а также материалы лабораторно-практических занятий по разделу «Квантовые коммутации» дисциплины «Квантовая связь и криптография». Рассмотрены принципы работы, конструкции и основные параметры однофотонного детектора ID 201 фирмы idQuantique (Швейцария). Приведено описание принципа работы системы квантового распределения ключа на основе фазового кодирования состояний фотонов.

В учебном пособии изложены принципы построения радиоприемных устройств, в том числе с цифровой обработкой сигналов. Значительная часть пособия включает разделы по основам телевидения: вещательным системам цветного телевидения, телевизионным системам высокого качества изображения.

В учебном пособии изложены различные принципы построения вещательных радиоприемников. Приведены методики расчетов основных параметров. Рассматриваются вопросы моделирования и исследования каскадов радиовещательных приемных устройств.

Изложены базовые теоретические и практические вопросы в области анализа, синтеза и экспериментального исследования систем цифровой обработки сигналов (ЦОС). Приведены основные методы расчета характеристик устройств ЦОС, показаны особенности их анализа в различных условиях функционирования, даны основные подходы к синтезу систем ЦОС, рассмотрены основные происходящие в них физические процессы. Изложенные теоретические сведения сопровождаются практическими примерами решения прикладных задач.

Рассмотрены общие вопросы теории проектирования различных информационных радиоэлектронных систем и взаимосвязь различных подходов и методов анализа и синтеза радиосистем. На конкретных примерах показано использование общих методов физических и математических решений при проектировании радиосистем комплексов радиоуправления.

Систематизированы обширные сведения о радиопомехах различного характера, возникающих в радиосистемах. Рассмотрены различные типы радиопомех – внешние и внутренние, преднамеренные и непреднамеренные (естественные). Приведены оригинальные результаты исследований автора характеристик радиопомех, возникающих в сосредоточенных комплексах радиоэлектронных средств различных типов. При рассмотрении преднамеренных помех описаны силовые радиопомехи, обладающие высоким энергопотенциалом, и интеллектуальные радиопомехи с низким энергопотенциалом. Изложены вопросы, связанные с воздействием на приемные устройства индустриальных помех. Рассмотрены механизмы возникновения радиопомех и особенности их распространения. Приведены методики расчета уровней помех при различных механизмах их распространения. Данные представлены с учетом материалов, содержащихся в рекомендации МСЭ-Р Р.452.

Пособие включает математические методы описания сигналов систем передачи информации, фундаментальные принципы геометрической трактовки пространства сигналов, освоение методов спектрального и корреляционного анализа детерминированных сигналов, теории модулированных радиосигналов, методы описания случайных сигналов и помех, их применение для анализа помехоустойчивости приема сигналов в системах передачи информации.

Учебное пособие посвящено вопросам моделирования распространения радиоволн с учетом рельефа местности с использованием программы Wireless InSite. Методы моделирования и особенности использования программы для расчета ослабления сигналов внутри и снаружи помещения. Материал пособия соответствует программе учебного курса «Электромагнитная совместимость радиоэлектронных средств», «Основы компьютерного моделирования», «САПР СВЧ».

Изложены основные понятия и методы определения количества информации, кодирования и шифрования данных в радиотехнических системах. Все разделы сопровождаются практическими примерами решения задач, а также вопросами и упражнениями для самостоятельного решения.

Учебное пособие предназначено для самостоятельного изучения курса «Радиотехнические цепи и сигналы» (РТЦиС), который является базовым для радиотехнических специальностей и направлений, содержит избранные разделы и снабжено решениями многочисленных примеров и задач, позволяющих получить практические навыки их решения при изучении курса. Основные понятия и определения представлены конспективно. Приведены многочисленные рисунки и результаты моделирования в LabVIEW и Multisim.

В учебном пособии дается понятие модуляции сигналов. Рассмотрены различные виды видео- и радиосигналов. Рассмотрен ряд структурных и электрических принципиальных схем, позволяющих сформировать видео- и радиосигналы в ходе модуляции.

В учебнике изложены основные разделы теории сигналов и теории информации, необходимые для изучения информационных процессов и систем.

Изложены разделы по теории цифровой передачи непрерывных сообщений, входящие в рабочую программу курса «Общая теория связи». Рассмотрены вопросы кодирования непрерывных сообщений методами импульсно-кодовой модуляции (ИКМ), с предсказанием и дифференциальной ИКМ (ДИКМ), нашедших широкое применение в различных приложениях инфокоммуникаций. Основное внимание уделено расчету эффективности и помехоустойчивости цифровых систем передачи с ИКМ и ДИКМ. Рассмотрены методы адаптации в системах с ДИКМ. Приведено техническое задание на курсовой проект и даны методические рекомендации по его выполнению.

Учебное пособие содержит материал по первой части специальной учебной дисциплины «Сети связи и системы коммутации», читаемой для бакалавров дневного и заочного отделений по направлению подготовки 11.03.02 «Инфокоммуникационные технологии и системы связи». В пособии рассматриваются базовые принципы построения и функционирования цифровых систем коммутации. Основное внимание уделено изучению систем коммутации каналов, рассмотрены также перспективные системы, включающие оборудование пакетной коммутации.

Учебное пособие содержит материал по второй части специальной учебной дисциплины «Сети связи и системы коммутации», читаемой для бакалавров дневного и заочного отделений по направлению подготовки 11.03.02 «Инфокоммуникационные технологии и системы связи». В пособии рассматриваются базовые принципы построения и функционирования сетей электросвязи. Основное внимание уделено телефонным сетям, сетям доступа, сетям ОКС№7, рассмотрены также перспективные сети NGN, IMS, будущие сети (Future Networks) и Интернет вещей.

Учебное пособие «Оптическое материаловедение. Материалы и технологии оптических элементов». Учебное пособие разработано в соответствии с ФГОС ВО по направлению подготовки бакалавров и магистров 12.03.03 - Фотоника и оптоинформатика. Предназначено для студентов 3 курса ФБТО для самостоятельной подготовки и выполнения лабораторных работ.

Учебное пособие «Оптическое материаловедение. Материалы и оптические элементы в фотонике» Учебное пособие разработано в соответствии с ФГОС ВО по направлению подготовки бакалавров и магистров 12.03.03 - Фотоника и оптоинформатика. Предназначено для студентов 3 курса ФБТО для самостоятельной подготовки и выполнения лабораторных работ.

Учебное пособие «Цифровая обработка сигналов и сигнальные процессоры» в доступной форме изложен материал, описывающий процессы, происходящие в устройствах цифровой обработки сигналов (ЦОС). Описаны процессы дискретизации и квантования сигналов, приводятся сведения из теории Z-преобразования, быстрого преобразования Фурье, вейвлет-преобразования, обширный материал посвящен цифровым фильтрам, цифровым генераторам, фазорасщепителям, демодуляторам и т.д. Рассмотрена архитектура сигнальных процессоров и организация вычислений в них, приведены методики расчета различных устройств ЦОС и программы их расчета и моделирования. По сравнению с первым изданием расширен раздел «Дискретное преобразование Фурье» и добавлены материалы по синтезу цифровых фильтров в программной среде Matlab, Материал пособия содержит много рисунков, поясняющих происходящие в устройствах ЦОС процессы, а также временные диаграммы, графики и характеристики различных устройств ЦОС.